[发明专利]一种靶材制备装置及其靶材加工方法

权利要求书

1.一种靶材制备装置，其特征在于：包括烧结炉体、复合加热模具、加压装置和加热装置，所述烧结炉体的内腔为真空或气氛保护腔体，且复合加热模具置于烧结炉体的内腔内；所述复合加热模具设有内腔，被加工的靶材粉末置于复合加热模具的内腔内；所述加压装置与复合加热模具连接，且加热装置分别与复合加热模具、加压装置连接。

2.根据权利要求1所述的靶材制备装置，其特征在于：所述复合加热模具包括模具内套以及套接在模具内套外周的导电模具，所述模具内套为绝缘模具；所述复合加热模具的内腔为绝缘模具的内腔；所述加压装置与绝缘模具连接，所述导电模具与加热装置连接。

3.根据权利要求2所述的靶材制备装置，其特征在于：所述加压装置包括压力控制装置、变压电极、压头电极和压头，所述压力控制装置与变压电极通过导线连接，变压电极与压头电极之间通过绝缘体板连接，压头电极与压头一体连接；所述压头的下端伸入绝缘模具的内腔且与绝缘模具的内腔配合连接，以接触所述被加工的靶材粉末；所述压头电极与加热装置连接。

4.根据权利要求3所述的靶材制备装置，其特征在于：所述绝缘体板、压头电极均置于烧结炉体的内腔内，且所述烧结炉体、绝缘模具均设有与其内腔连通的冲压口，烧结炉体的冲压口与绝缘模具的冲压口在同一直线上；所述变压电极穿过烧结炉体的冲压口与绝缘体板连接，所述压头由烧结炉体的冲压口伸入绝缘模具的内腔中。

5.根据权利要求3所述的靶材制备装置，其特征在于：所述加热装置包括模具加热电源和靶材加热电源，所述模具加热电源通过导线与导电模具连接，所述靶材加热电源通过导线与压头电极连接。

6.根据权利要求5所述的靶材制备装置，其特征在于：所述模具加热电源为直流电源、交流电源或脉冲电源；所述靶材加热电源为直流电源、交流电源或脉冲电源。

7.根据权利要求2所述的靶材制备装置，其特征在于：所述绝缘模具为由氧化铝、莫莱石、石英、氧化钛、氮化钛或氮化铝中的一种或若干种材料制成的模具。

8.根据权利要求2所述的靶材制备装置，其特征在于：所述导电模具为由石墨、钼、钼合金、钨、钨合金、镍铬合金或不锈钢制成的模具。

9.由权利要求5所述靶材制备装置实现的靶材加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)预处理：在真空或惰性气体的保护下，采用球磨机将被加工的靶材粉末进行球磨，待所述靶材粉末混合均匀后，将其放置于绝缘模具的内腔中；

(2)预压实：加压装置通过压头向所述模具内靶材粉末施加压力，以使靶材粉末被预压实；同时抽取烧结炉体内的真空或通入保护气氛，并使烧结炉体内的压强达到预加热烧结的压强值；

(3)预加热烧结：启动模具加热电源，模具加热电源接通导电模具，并向导电模具输入电流；在电流的作用下，导电模具、绝缘模具、被加工的靶材粉末依次实现热传导，进而实现靶材粉末的预加热烧结；

(4)电流加热靶材烧结：当靶材粉末的温度达到预设的预烧结温度值并保温达到预设的时间后，启动靶材加热电源，靶材加热电源接通压头电极和压头，并向压头电极、压头输入电流，使电流流过靶材粉末，从而对靶材粉末加热；在电流加热的同时，加压装置对靶材粉末施加变压力；

(5)当靶材粉末的温度达到烧结温度值并保温达到预设的时间后，则关闭靶材加热电源，停止电流加热烧结，对靶材粉末降温并泄压，完成靶材的加工。

10.根据权利要求9所述的靶材加工方法，其特征在于：所述步骤(2)中，先对烧结炉体的内腔抽取真空，使其内部压强为3.2×10^-4Pa～5×10^-4Pa后，再通入保护气体，以使烧结炉体内腔达到预加热烧结的压强值；

所述步骤(4)中，则当步骤(3)预加热后的靶材粉末的温度达到预烧结温度值时，靶材粉末先保温0～10h，再启动靶材加热电源进行电流加热烧结；

所述步骤(4)中，若采用直流电流加热烧结，则所述直流电的电流密度大小为0.0003～40A/mm²，其电压大小为1～700V；在进行直流电流加热烧结的同时，加压装置对靶材粉末施加递增的变压力，当变压力达到5MPa～700Mpa时，加压装置对靶材粉末施加大小在5MPa～700Mpa的基础上以0～40％的幅度上下浮动的变压力，频率为0.01Hz～200Hz；

若采用脉冲电流加热烧结，则脉冲电流密度的峰值为0.003～40A/mm²，基值为0～20A/mm²，频率为55～500Hz，占空比为57％～89％；在进行脉冲电流加热烧结的同时，加压装置对靶材粉末施加递增的变压力，当变压力达到5MPa～700MPa后，加压装置对靶材粉末施加大小在5MPa～700Mpa的基础上以15％～20％的幅度上下浮动的变压力，频率为0.01Hz～200Hz；

所述步骤(4)中的预烧结温度值为比靶材粉末中最低熔点成分的沸点低10～2000℃，所述步骤(5)中的烧结温度值为比靶材粉末中最高熔点成分的熔点低10～1000℃的温度值；

所述步骤(5)中，关闭靶材加热电源后，待靶材粉末降到200℃～100℃，再开始泄压；泄压完成后，待温度降至20℃～80℃再出料。